海藻酸钙短纤维生产线的设计开发

摘要：本文结合450t/a海藻酸钙短纤维生产线流程，对产能为2000 t/a海藻酸钙短纤维生产线的流程设计进行了探讨，并对生产线上主要设备的结构形式、结构特征进行了分析。

关键词：海藻酸钙短纤维；生产线；工艺参数；设备；结构

中图分类号：TS102.5

文献标志码：B

On Designing a Calcium Alginate Staple Fiber Production Line

Abstract： By consulting the process of a 450 t/a calcium alginate staple fiber production line， the process design of a 2 000 t/a calcium alginate staple fiber product line was discussed. The structural forms and characteristic of main equipment of the production line were analyzed.

Key words： calcium alginate staple fiber； production line； technological parameter； equipment； structure

海藻酸钙纤维是海藻纤维的一种。把原液固含量为5%的海藻酸钠水溶液通过喷丝孔挤入氯化钙水溶液后，再经过牵伸、水洗、干燥等工序就可以得到海藻酸钙纤维。海藻酸钙纤维的热稳定性较好，极限氧指数为34.4，具有很好的阻燃性，属于难燃纤维的范畴。虽然我国在海藻酸钙纤维的工业化方面已经取得突破，但是每条生产线的产能还不够高，每年只有几百吨，而且生产工艺也不太成熟，还有一定的改进空间。鉴于以上原因，本文探讨了产能为2000t/a的海藻酸钙短纤维生产线的流程设计，并分析了主要单机的结构特征和研发重点。

1生产线流程设计

通常情况下，海藻酸钙短纤维生产线主要由纺丝机、凝固浴槽、牵伸机、水洗机、烘干机、切断机、打包机等单机设备组成。由于具体的生产工艺存在差异，不同的海藻酸钙短纤维生产厂的生产线流程也各不相同。图1为国内某海藻酸钙短纤维生产线的流程排布图，上排为主视图，下排为俯视图。该生产线的产能约为450t/a，共4个纺丝位，单机设备从左向右依次为：湿法水平纺丝机、第1凝固浴槽、第1五辊牵伸机、第2凝固浴槽、第2五辊牵伸机、第3凝固浴槽、第1五辊牵引机、水洗槽、第2五辊牵引机、第1烘干机、第3五辊牵引机、第4五辊牵引机、第2烘干机、第1曳引张力机、电加热板、卷曲机、冷却输送机、导丝机、第2曳引张力机、切断机、打包机。在图1所示海藻酸钙短纤维生产线中，纺丝机的纺丝形式为水平纺，由于空间的限制，这种纺丝形式不利于大幅度增加纺丝位和提高产能。

为了适应2000t/a的产能，本文设计了一种新型海藻酸钙短纤维生产线流程，如图2所示。在图2中，上排为主视图，下排为俯视图。该生产线共18个纺丝位，单机设备从左向右依次为：湿法转向纺丝机、第1凝固浴槽、第1五辊牵伸机、第2凝固浴槽、第2五辊牵伸机、第1热水牵伸槽、第3五辊牵伸机、第2热水牵伸槽、第4五辊牵伸机、层叠式水洗机、三辊牵引机（位于钢平台上）、切断机（位于钢平台上）、给纤槽、喷淋式水洗机、上油轧液联合机、湿开棉机、圆网烘干机、精开棉机、打包机。

在图2所示2000t/a海藻酸钙短纤维生产线中，纺丝机共有3个纺丝单元组成，每个纺丝单元设有6个纺丝位，全机共18个纺丝位。纺丝机的纺丝形式为转向纺，这种纺丝形式有利于大幅度提高生产线的产能。同时，该生产线加大了切断机之前长丝束的水洗力度，另外还在切断机之后增加了喷淋式水洗机，这些措施有利于提高纤维的水洗效果，从而有助于提升成品纤维的品质。此外，该生产线还借鉴了维纶生产线的一些设备配置模式，比如设置了给纤槽、喷淋式水洗机、上油轧液联合机、湿开棉机、圆网烘干机、精开棉机等设备，从而进一步地提高了纤维的后处理效果。

2单机设备的研发

由2000t/a海藻酸钙短纤维生产线的流程可知，该生产线可分为以下6个组成单元：纺丝牵伸单元、长丝束水洗单元、长丝束切断单元、短纤维淋洗上油单元、短纤维烘干单元和短纤维打包单元。在这6个组成单元中，纺丝牵伸单元包括湿法转向纺丝机、第1凝固浴槽、第1五辊牵伸机、第2凝固浴槽和第2五辊牵伸机；长丝束水洗单元包括第1热水牵伸槽、第3五辊牵伸机、第2热水牵伸槽、第4五辊牵伸机和层叠式水洗机；长丝束切断单元包括三辊牵引机和切断机，它们都位于钢平台上；短纤维淋洗上油单元包括给纤槽、喷淋式水洗机和上油轧液联合机；短纤维烘干单元包括湿开棉机、圆网烘干机和精开棉机；短纤维打包单元包括打包机及相关附机——成包输送装置。以下重点对一些主要单元中的设备结构进行分析。

2.1纺丝牵伸单元

湿法转向纺丝机用来将前道工序制备的合格原液输入本机上的原液总管，原液通过各原液支管由纺丝计量泵均匀定量地输入烛形滤器后，从喷丝头上的小孔喷出，并在凝固浴槽中凝固成丝，然后经过转向、集束进入下道工序。整条生产线上共有3台湿法转向纺丝机。

该湿法转向纺丝机的整机形式为单面式，分左、右手车。其区分方法为：面对丝束的走向，传动部分在左手侧的为左手车，传动部分在右手侧的为右手车。原总液管的材质为SUS304不锈钢，为单层结构。原液支管为双层结构，外层材质为2205双相不锈钢，内层为SUS304不锈钢，夹层内为保温材料。烛形滤器外壳和滤芯的材质均为SUS304不锈钢。烛形滤器的过滤面积为300cm2。纺丝组件采用环形组合喷丝头，其结构尺寸参照粘胶短纤维生产线上45组合喷丝头的尺寸进行设计制造。每个喷丝头上的喷丝帽数量为45个，每个喷丝帽上的喷丝孔数为1750孔。如果海藻酸钙短纤维的单丝线密度有变化，那么每个喷丝帽上的喷丝孔数也应做出相应的调整。泵轴传动采用长边轴传动的形式，用同步减速电机进行传动。

该湿法转向纺丝机的研发重点主要是原液管道和纺丝组件的研发。原液管道和纺丝组件在内部结构、材质的选取、耐压性能、密封性能等方面都有很高的要求。

第1凝固浴槽也是2000t/a海藻酸钙短纤维生产线上的主要设备之一，整条生产线上共有3个。对于每个凝固浴槽而言，槽内又设有6个间隔槽，每个间隔槽的宽度约为250mm。该凝固浴槽为单层2205双相不锈钢槽体，凝固浴有效长度为3m。该凝固浴槽采用了顺流走丝的形式，即凝固浴槽中初生丝束的走向与凝固液的流向一致。凝固液管道的材质采用2205双相不锈钢，支管道上都设有非金属球阀。第2凝固浴槽在整条生产线上只有1个，槽内没有间隔槽，其结构和材质与第1凝固浴槽基本相同。凝固浴槽的研发重点主要是提高槽体的防渗漏性能和防腐蚀性能。

第1五辊牵伸机和第2五辊牵伸机在结构上基本相同。牵伸机主要由牵伸辊、箱体、变频减速电机、传动轴、齿轮、稀油循环润滑系统等组成。牵伸辊的排布采用了上二中一下二的交错排列形式。牵伸辊的直径为210mm，长度为600mm。牵伸辊辊体的材质采用2205双相不锈钢，辊面没有镀层，但必须足够光滑。五辊牵伸机的研发重点主要是提高整机的防腐性能和辊面质量。

2.2长丝束水洗单元

在该单元中，第1热水牵伸槽和第2热水牵伸槽的具体结构、材质、研发重点与第2凝固浴槽基本相同，有效牵伸长度都为5m；第3五辊牵伸机和第4五辊牵伸机的具体结构、材质、尺寸、研发重点与第1、第2五辊牵伸机基本相同。以下重点对层叠式水洗机进行分析。

层叠式水洗机主要由水洗部分和传动部分组成。水洗部分主要由5个水洗槽竖直向上叠加而成，槽与槽之间保持半米左右的间隙。在水洗部分的两侧各有一个带有多个导丝辊的传动齿轮箱，其用途是带动并引导丝束在各层水洗槽内运行。该水洗机的水洗方式为逆流水洗，即丝束的走向与水的流向相反，这样有利于提高水洗效果并节约用水。每个水洗槽的有效水洗长度为5m，全机的有效水洗长度为25m。导丝辊的直径为175mm，长度为500mm。导丝辊的材质为2205双相不锈钢，辊面没有镀层。层叠式水洗机的研发重点主要是提高整机的刚性和防腐性能。

2.3长丝束切断单元

在该单元中，三辊牵引机主要由牵引辊、传动齿轮箱等组成。牵引辊的排布采用了上二下一的排列形式。牵引辊的直径为210mm，长度为400mm。牵引辊辊体的材质为碳钢，辊面镀有硬铬。三辊牵引机的结构比较简单，该机在其它纤维生产线也经常使用，属于通用设备。

切断机位于牵引机之后，来自牵引机的海藻酸钙纤维长丝束按照设定的速度送到切断机上的丝束注射器内，在丝束注射器内，通过水流的注射作用连续地将丝束送向配插在磨环上的管状定刀下端，紧贴磨环下平面且不断旋转的若干把动刀刀片将长丝束按照设定的尺寸进行切断。

切断机的结构形式为水流式，这种形式的切断机在粘胶短纤维、TENCEL？等再生纤维素纤维生产线上比较常见。每台切断机共有两套牵伸切断装置组成，工作时只使用一套，另一套备用。该切断机的刀盘直径为546mm，最大丝束切断能力为400×104dtex。在该切断机上，牵伸辊的直径为300mm，长度为300mm。牵伸辊辊体的材质为碳钢，辊面镀有硬铬。切断机的研发重点主要是丝束注射器的研发、切断刀盘的研发和设备的整体外观设计。

3结语

本文从机械设备角度分析了2000t/a海藻酸钙短纤维生产线的流程设计及其主要工艺参数设计，探讨分析了纺丝机、牵伸机、水洗机、切断机等主要设备的结构形式、结构特征以及研发重点。通过分析可以看出，该海藻酸钙短纤维生产线具有排布紧凑、科学合理、外形美观等特点。

参考文献

[1]莫岚，陈洁，宋静，等.海藻酸纤维对铜离子的吸附性能[J].合成纤维，2009，38（2）：34-36.

[2]朱平，王柳，张传杰，等.海藻酸钙纤维的结构与性能[J].合成纤维工业，2009，32（6）：1-4.

[3]王爱珍.工程材料及成形技术[M].北京：机械工业出版社，2003：337-350.

作者简介：高占勇，男，1975年生，高级工程师，主要从事化纤机械设备的开发。

作者单位：邯郸宏大化纤机械有限公司。